JPS58192500A - 車両搭載発電装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車等の車両を駆動するエンジンを動力源
とする発電機を含んで、該車両の電気的負荷に直流電力
を供給する発電装置の制御方法に関する。

従来、エンジンのアイドリング運転時にはエンジン回転
数のハンチングが生じやすいという問題が知られており
、これは特に発電機に特定の電気負荷を与えたときに著
しいことが周知である。

このハンチングについては下記の理由が考えられる。即
ち、何らかの原因でエンジン回転数が低下すると発電電
圧も減少することに応じて、周知の界磁電流をオンオフ
する電圧調整器が界磁電流を増加するようにオン時間の
比率を増大するよう動作し、これによりエンジンのブレ
ーキトルクが増大する。これは更にエンジン回転数を低
下させる方向に作用する。しかしながらエンジン回転数
の低下はエンジン摩擦損失の減少とエンジン出力の増大
とを同時に生ずる。このエンジン出力の増大は例えば一
般の開弁時間を制御される電子制御式燃料噴射装置の基
本式即ちエンジン回転数×燃料噴射時間−一定を考慮す
れば容易に理解できる。

この摩擦損失の減少とエンジン出力の増大は逆に発電機
出力の増加を引き起し、界磁電流を減少するべくオフ時
間の比率を増大するように電圧調整器を動作させる。こ
れによりエンジンブレーキトルクが一層減少しエンジン
回転数も更に増加する方向に作用する。しかしながらこ
のエンジン回転数の増加が今度はエンジン摩擦損失の増
大とエンジン出力の減少を生じる。上記のエンジン回転
数の増減の周期が界磁電流のオンオフの周期と所定の関
係になるとエンジン回転数変動の振幅が太きくなりハン
チングを生ずるのである。

電気負荷に応じて発電量を変えるべく特定の電気負荷が
投入されたときに界！ＩＮ流の大きさをステップ的に変
える技術は例えば特開昭４９−１０８５３６、実開昭５
１−１６３４０６．実開昭５５−８２０３５で公知であ
る。しかしながらこれらの技術は全てオンオフ型の電圧
調整器を用いる回路となっており界磁電流の大きさが変
化しても上記のオンオフの周期の問題が残っており、更
には車載発電機の電気負荷は１つに限らず複数あるのが
通例であり、これによれば投入される複数の電気負荷の
単独又は組合せによってハンチングの程度が変化するが
、上記の公知技術ではこれに対処できないという問題が
ある。

他方バッテリはその劣化が進むほど界磁電流が遮断され
た放電時には端子電圧の降下が早くなる特性を有し、又
発電機そのものも製作誤差や劣化により必ずしも同じ界
磁電流値により同じ出力型　　　　　１圧を発生すると
は限らないので、充電時のバッテリ端子電圧の上昇にも
ばらつきがみられる。これによれば界磁コイルに電気負
荷の絶対量に見合った同じ値の界磁電流を供給したとし
ても車両によってバッテリ電圧が上昇したり下降したり
することになる。従ってバッテリ電圧が所定の上限値を
越える事態が生ずる問題がある。これに対して、所定の
上限値を越えることに直ちに応じて界磁電流を断接する
と、従来のオンオフ型の電圧調整器を用いたと同様にエ
ンジン回転数のハンチングを引き起こす問題もある。

よって、本発明は、消費電力に応じた発電量を確保しか
つエンジン作動の安定性向上を可能にした車載発電装置
の制御方法であって該車載発電装置の出力電圧の過上昇
を防止し得る制御方法を提供することを目的とする。

本発明による車載発電装置の制御方法においては、発電
機の界磁電流を該発電装置に接続される電気的負荷の大
きさの絶対量に応じて制御すると共に該発電装置の直流
出力電圧が所定上限値を上回るとき該界磁電流を減少せ
しめるようになされ５− ている。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説
明する。

第１図は、車載エンジン（図示せず）によって駆動され
る交流発電機１の界磁コイル２に流れる界磁Ｎ流を制御
する装置を示している。

交流発電機１の出力は、整流回路３によって整流されて
直流化されてバッテリ４の正負両端子に供給される。な
お、この場合、バッテリ４の負端子はアースされている
。バッテリ４の正負両端子はイグニッションスイッチ５
を介してヒータファン、ヘッドランプ、ラジェータファ
ン等の複数の電気的負荷６に接続されている。

一方、マイクロプロセッサ等によって構成される制御回
路７は、投入される複数の電気的負荷６の全体としての
大きさの絶対量を検出しこれに応じた負荷信号電圧Ｅｌ
を発生する負荷検知回路８からの負荷信号電圧Ｅ１１．
Ｉンジン回転数信号Ｎｅ及びスロットル開度信号８ｔｈ
に応じたデユーティ比ＤＦのパルス信号をクリップ制御
回路９に６− 供給する。デユーティ比ＤＦは設定時ＷＡ（例えばＴＤ
Ｃ間隔あるいはタイマー設定時間）に対するパルス信号
のオン時間の比率である。クリップ制御回路９は、バッ
テリ電圧が設定最大値以下にある限り、供給されるパル
ス信号に応じパルス電圧をパワートランジスタＱのベー
スに供給する。パワートランジスタＱのコレクタは界磁
コイル２を介してバッテリ正端子に接続され、エミッタ
はアースされている故、ベースのパルス電圧に応じた界
磁電流が得られるのである。なお、クリップ制御回路９
は、制御回路７からのデユーティ比が電気負荷の大きさ
の絶対量に応じて制御されていても、発電機の出力電圧
が電気回路の設定最大電圧値を越えて上昇することがあ
り、結果的にバッテリ電圧が設定最大値を越えるような
事態が生ずる際にパルス電圧を供給せずゼロ電圧を生ず
るようになっている。

次に、第１図の制御回路７の動作を第２図に示したフロ
ーチャートにより説明する。

制御回路７においては、一定周期又はエンジン回転に同
期して起動されてまず、エンジン回転数Ｎｅとアイドル
回転数より低い第１の所定回転数ＮＣＲ（いわゆるクラ
ンキング回転数に対応）とを比較する（ステップ１０）
。エンジン回転数Ｎｅが発電機が出力しはじめるエンジ
ン回転数より低い第１所定回転数ＮＣＲより小さいとき
は、制御回路７の出力パルスのデユーティ比ＯＦは０％
とする（ステップ１１）。一方、エンジン回転数Ｎｅが
第１所定回転数ＮＣＲより大なるときは、エンジン回転
数Ｎｅとアイドリング回転数より大なるハンチングがほ
ぼ問題とならなくなる第２の所定回転数ＮＳＲと比較す
る（ステップ１２）。

エンジン回転数ＮＯが第２所定回転数ＮＳＲより大なる
場合、制御回路７はデユーティ比ＤＦを１００％とする
（ステップ１３）。すなわち、この場合、界磁電流命令
の内容は最大となる。一方、エンジン回転数Ｎｅが第２
所定回転数Ｎ５−Ｒ以下ｔ′１′！″ｆｉｊ！　４−Ｌ
；　ｌ　１１　ｙ　ｈ　）Ｌｔ　ｒｌ！Ｉ　Ｉｉ　ａ　
ｔ　ｈ　ｆ　７　（ｈ　／Ｌ／　２０　　　　ｉットル
開度θＩ’ＤＬと比較する（ステップ１４）。

このとき、スロットル開度θｔｈがアイドルスロットル
開度θ［ＤＬより大なるときはデユーティ比ＤＦは１０
０％とされ界磁電流命令の内容は最大となる。一方、ス
ロットル開度θｔｈがアイドルスロットル開度θＩＤＬ
以下の場合、負荷信号電圧ＥＱを読み取って（ステップ
１５）、制御回路７内に用意されたデータマツプからデ
ユーティ比ＤＦを決定しくステップ１６）、得られたデ
ユーティ比ＤＦに等しいデユーティ比を有するパルス信
号をクリップ回路９に供給する。クリップ回路９を経た
パルス信号はパワートランジスタＱを駆動してデユーテ
ィ比Ｏｒ−の大きさに比例した平均値を有する界磁電流
が界磁コイル２を流れる。発電機１の出力電圧は界磁電
流の大きさに比例する故、結局、発電機１の出力電圧は
、電気的負荷６の大きさの絶対量に応じて変化すること
になる。

第３図は、データマツプ上における負荷信号電圧Ｅ９の
値に対するデユーティ比ＤＦの値の関係の一例を示すグ
ラフである。

第一４図は、負荷検知回路８の具体回路例を示しており
、電気負荷としてのヘッドライトＨし、リ９− ア熱線ＲＨ，ラジェータファンモータＭ＋、ヒータファ
ンモータＭ２が例示されている。各電気負荷のオン・オ
フはスイッチ５ＷＩ−８Ｗ４によってなされる。負荷検
知回路８は、そのダイオードＤ１〜Ｄ４を介してスイッ
チ５ＷＩ−８Ｗ４のオン・オフ状態を監視する。すなわ
ち、ダイオードＤ１〜Ｄ４を経た電圧は、トランジスタ
Ｑ１〜Ｑ６を含むバッファアンプＡ１〜Ａ４によって適
当に増幅されて電気的負荷毎に重み付けされた電圧■１
〜■４として出力され、分圧器Ｄｖからの出力電圧Ｖｏ
と共に互いに加算された後アンプＡｓに供給され、更に
適当に増幅さ、れて負荷信号電圧Ｅｅｌとして出力され
る。

以上のようにして、制御回路７からの指令デユーティ比
ＤＦにより界磁電流値が定められるのであるが、発電機
２のばらつき及びバッテリ４の経年変化等の原因により
発電装置の直流出力電圧すなわちバッテリ電圧Ｖｅが所
定上限値を越えることがあり、電圧Ｖｅのかかる状態は
バッテリ４及び電気的負荷６の保護のためにも防止しな
ければ１０− ならない。

そこで、本発明による制御方法においては、第５図のフ
ローチャートに示す如き動作を制御回路７に追加してい
る。すなわち、負荷信号電圧Ｅｌｌに応じたデユーティ
マツプ上のデユーティ比ＤＦを選択した後バッテリ電圧
Ｖｅを検出しくステップ２０）、このバッテリ電圧ＶＢ
と所定上限値ＶＢＨとを比較する（ステップ２１）。所
定上限値ＶＢＨはクリップ制御回路９による設定最大電
圧値より低（設定される。今、バッテリ電圧Ｖｓが所定
上限値以下であれば、所定下限値ＶＢＬと比較する（ス
テップ２２）。バッテリ電圧ＶＢが所定下限値ＶｅＬ以
上である限り制御回路′７にある上限タイマ及び下限タ
イマが共にリセットされ停止したままである（ステップ
２３）と共に、デユーティ比ＤＦはＤＦ　−ＤＦ　＋ａ
％×ｎ５Ｒ（ａは例えば１０）なる式によって補正され
る（ステップ２４）。ここで、ｎＳＲは初期値ゼロの係
数である。従って、バッテリ電圧ＶＢが起動後から所定
上限値ＶＢＨと所定下限値ＶＢＬとの間に存在する限り
、係数ｎｓＲはゼロであってデユーティ比ＤＦは、負荷
信号電圧Ｅｌｆによって定まるデータマツプ値のままで
ある。

ところが、バッテリ４の劣化度合あるいは発電機１のば
らつき等の原因により、ステップ２４の式によって定ま
るデユーティ比ＤＦによって得られるバッテリ電圧Ｖｅ
の値が所定上限値ＶＢＨを上回ることがある。このよう
な場合、制御回路７内の上限タイマがタイムアツプした
かどうかを判別しくステップ２５）、タイムアツプして
いなげれば下限タイマのみリセットして停止のままとし
、上限タイマのカウントアツプ動作を開始させると共に
引き続く起動時においても上限タイマがタイムアツプし
ていない場合にはカウントアツプ動作を継続せしめる（
ステップ２６）。こうして、Ｖｅ　＞Ｖｅ　Ｈの状態が
所定時間以上継続して、上限タイマがタイムアツプする
と、そのとぎのバッテリ電圧Ｖ８の変化率ＡＶｅ　　（
例えば前回リング　　　　　　やリング値と今回サンプ
リング値との差）とｎＳＲ減算ガード値−Ｖｅｃ＋　　
：　（Ｖｅｃ＋　＞Ｏ）とを比較しくステップ２７）、
該変化率ΔＶθが］ＳＲ減算ガード値−Ｖｅｃ、＋より
大なるとき係数Ｏ８Ｒから最小ディジット（例えば１）
を差し引く（ステップ２８）。また、変化率ΔＶｓがｎ
ＳＲ減算ガード値−Ｖ８Ｇ＋より小さいときは、係数ｎ
ｓＲの値をそのままにしておく。次いで、上限タイマを
リセットした後再スタートせしめる一方下限タイマはリ
セットし停止したままとする（ステップ２９）。

すなわち、バッテリ電圧Ｖａが上限タイマによって定ま
る所定時間以上連続して上限値Ｖ８Ｈを上回るときは、
デユーティ比ＤＦが強制的にａ％減少せしめられて界磁
電流が減少してバッテリ電圧ｖ８を低下せしめるのであ
る。但し、バッテリ電圧Ｖ８の変化率ΔＶｅが所定のガ
ード値すなわちｎＳＲ減算ガード値より小なるときはデ
ユーティ比Ｄｔ−は十分小さい値となっているのでバッ
テリ電圧が上限値ＶｅＨを速やかに下回る可能性が高く
かえってｖ８が下限値ＶＢＬを下回る恐れもある故、更
にはデユーティ比ＤＦの変化が不要に＝１３− ハンチングを引き起こす可能性もあるため、ステップ２
８を飛び越して係数ｎＳＲを減少しないで界磁電流を現
在値に維持してバッテリ電圧ＶＢの過低下を防止せんと
するのである。

こうして、バッテリ電圧Ｖｅの過低下は防止できるので
あるが、バッテリ４の劣化あるいは発電機１の能力低下
等により、ステップ２４の式によって定まるデユーティ
比ＤＦによって得られるバッテリ電圧Ｖａの値が所定下
限値ＶＢＬを下回ることがある。よって、バッテリ電圧
Ｖａが所定下限値ＶＢＬを下回ると下限タイマのタイム
アツプを判別しくステップ３０）、起動後の最初の判別
であれば下限タイマのカウントアツプを開始させ、その
後は下限タイマがタイムアツプしていない場合は、該下
限タイマのカウントアツプをそのまま継続せしめる一方
上限タイマの方はリセットして停止のままとしくステッ
プ３１）、係数ｎＳＲは変化せずそのままのｎｓＲにて
デユーティ比ＤＦが決定される（ステップ２４）。この
ような状態が継続すると、下限タイマはタイムアツプし
、そ１４− のとぎのバッテリ電圧■８の変化率ΔＶａとｎ３Ｒ加棹
カート値＋Ｖａ　Ｇ２　　（ｖｅ　Ｇ２　＜Ｏ）　とを
比較して（ステップ３２）変化率Δｖ８がｎｓＲ加算ガ
ード値＋ΔＶａｃ２より小なるときは係数ｎｓＲに単位
ディジット（例えば１）を加え（ステップ３３）、変化
率ΔＶａがｎＳＲ加算ガード値＋ΔＶＢ（，２より大な
るときはデユーティ比ＤＦは十分大きい値となっている
のが係数ｎＳＲはそのままにしておいて下限タイマをリ
セットした後再スタートさせかつ上限タイマをリセット
して停止したままとする（ステップ３４）。そうして、
デユーティ比ＤＦをＤＦ　＝ＤＦ　＋ｎ　Ｓ　Ｒｘａ％
の式に従って補正するのである。ここで、バッテリ電圧
■８の変化率ΔＶｅは、バッテリ電圧Ｖｅの前回サンプ
リング値と今回サンプリング値の差として得られ、当該
変化率ΔＶａすなわちバッテリ電圧ＶＢの増加率がｎＳ
Ｒ加算ガード値＋Ｖａｃより小さいときに係数ｎｓＲを
増加せしめてデユーティ比ＤＦを増加せしめるのである
。こうして、バッテリ電圧ＶＢの過上昇を防止しつつバ
ッテリ電圧Ｖｅを調整するのである。

こうして定められるデユーティ比ＤＦの値が１００％を
越えることや所定最小値ＤＦＭＩＮより下回ることがあ
って、不具合を生ずることがある。

上記所定最小値ＤＦＭＩＮは発電機が発電可能な最小界
磁電流値に相応するデユーティ比であり、デユーティ比
がこの所定最小値ＤＦＭＩＮを下回るときにはデユーテ
ィ比を減少させても意味がないぼかりか、負荷変動等に
よりデユーティ比を増大させたい要求が生じた時に上限
もしくは下限タイマにより規定される所定時間経過ごと
でなければ増大していかないため界磁電流の制御に遅れ
が生じ、発電機の出力の制御の追従性が悪くなる不具合
がでる。又車両においてはその運転時に例えば点火装置
、電子制御式燃料噴射装置、フューエルポンプ、時計等
の電気的な負荷に電力を供給する′−８が要求ａｎｔ″
′）・デ゛　７　（ＩＥ　＋　Ｏｋ　ｔ　　　　　　　
ｔ：ればバッテリからこれらの負荷に電流を放出するこ
とになりデユーティ比の変化の度合を大きく即ちエンジ
ン回転数のハンチングの周期に近付く方向に周期を変化
させる不具合もでる。

そこで、本発明による制御方法においては、第６図のフ
ローチャートに示す如き動作を制御回路７に追加してい
る。すなわち、ステップ２３にて傳られたデユーティ比
ＯＦを値１００％と比較して（ステップ３０）、デユー
ティ比ＯＦが１００％より大なるときはＯＦ　＝１００
％となるような係数ｎＳＲを算出してその値に係数ｎＳ
Ｒをレットした（ステップ３１）後、デユーティ比ＤＦ
＝１００％として（ステップ３２）制御回路７から出力
せしめる。デユーティ比ＯＦが１００％より小なるとき
は、デユーティ比ＤＦを最小デユーティ比ＤＦＭＩＮと
比較する（ステップ３３）。発電機が発電可能な最小界
磁電流値に相応する若しくは車両運転時に要求されるバ
ッテリの最小放電電流値に相応して設定されたデユーテ
ィ比ＤＦが該最小デユーティ比ＤＦＭＩＮより小なると
きデユーティ比ＤＦが最小デユーティ比ＤＦＭＩＮに等
しくなるような係数ｎｓＲを算出しくステップ１７− ３４）、デユーティ比ＤＦをＤＦＭＩＮに等しくする（
ステップ３５）・ デユーティ比ＤＦ　ｔ′ｆｉＤＦＭ　Ｉ　Ｎ以上かつ１
００％以下のときは、そのままのデユーティ比ＯＦとし
て出力される（ステップ３６）。

上記した動作によって、デユーティ比が１００％を越え
たり所定最小値を下回って不具合が生ずることを防止す
ることが出来る。

上記したことから明らかに、本発明による発電装置の制
御方法においては、発ｔｅｌの界磁電流を複数の電気負
荷の重み付けにより投入された電気的負荷の大きさの絶
対量に応じて基本的に一定の連続鏝となるよう制御して
いるために界磁電流の大きさがオンオフ的に変化するこ
とに起因するアイドリング時を含む軽負荷運転時のエン
ジン回転数のいわゆるハンチングを防止し得、エンジン
の安定性が向上すると共に、出力電圧の過上昇を防止し
つつ界磁電流の過大若しくは過小状態を回避することが
出来て好ましいのである。

また、デユーティ嗣御方式を採用すれば回路構１８− 成が容易となると共に連続的に電流を通すことによる制
御回路内の発熱も防止できるという利点もある。なお、
デユーティ制御のパルス信号の周期はハンチング時のエ
ンジン回転数の変動の周期に比べかなり短いので、ハン
チングに対し何ら悪影響を及ぼすことはない。

更に、バッテリ電圧が設定最大値を越えるとクリップ回
路９によって強制的に界磁電流をゼロとしているのでバ
ッテリ電圧の過上昇を防止出来るのである。

また、場合によっては、アイドリング運転状態に限らず
、他の運転状態にあるときも負荷信号電圧Ｅｌｆにより
界磁電流を制御するようにしても良い。ここでアイドリ
ング状態を知るためのエンジンパラメータはスロットル
開度θｔｈに限定されないことは言うまでもない。

上記実施例において、界磁電流制御手段としての制御回
路７は、所定デユーティ比ＤＦのパルス信号を出力する
ものとしているが、これに限らず、負荷信号電圧Ｅｌｆ
、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開痩θｔｈに応じた
アナログ電圧を出力するものであっても良いことは言う
までもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による制御方法を実行するための発電
装置及び制御装置を示すブロック図、第２図、第５図及
び第６図は、本発明による制御方法を示すためのフロー
チャート、第３図は電気的負荷の大きさと界磁電流制御
のデユーティ比との関係を表わすグラフ、第４図は、電
気的負荷に応じた負荷信号電圧を発生する負荷検知回路
の具体回路例を示す回路図である。 主要部分の符号の説明 １・・・・・・交流発電機　　２・・・・・・界磁コイ
ル４・・・・・・バッテリ　　　６・・・・・・電気的
負荷７・・・・・・制御回路　　　８・・・・・・負荷
検知回路９・・・・・・クリップ制御回路 ・しき 出願人　　本田技研工業株式会社 代理人　　弁理士　藤村元彦

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　車両駆動エンジンを動力源とする発電機を含ん
   で該車両に搭載された複数の電気的負荷に直流電力を供
   給する発電装置の制御方法であって、前記電気的負荷の
   大きさの絶対鰻に応じた大きさの界磁電流を前記発電機
   の界磁コイルに供給すると共に、前記発電装置の直流出
   力電圧が所定上限値を上回るとき該界磁電流を所定量だ
   け減少させることを特徴とする制御方法。
2. （２）　前記界磁電流は、前記電気的負荷の大きざの絶
   対鯖に応じたデユーティ比のパルス電圧によって生ずる
   ようになされ、前記所定量は所定デユーティ比変化分に
   対応することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   制御方法。
3. （３）　前記界磁電流は所定最小値を下回らないように
   制御されることを特徴とする特許請求の範囲第１順法た
   は第２項記載の制御方法。
4. （４）　前記所定最小値は前記発電機の最低出力を得る
   に必要な値であることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載の制御方法。
5. （５）　前記発電装置の出力端には充電形バッテリが接
   続され、前記所定最小値は車両運転時に要求される前記
   充電形バッテリの最小放電電流に対応するものであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の制御方法。